一次熟料游離氧化鈣波動的分析

鄒立，向鳳英

一次熟料游離氧化鈣波動的分析

Analysis on Fluctuations of Free Lime Content in the Clinker

鄒立1，向鳳英2

1 前言

某公司1000t/d新型干法水泥生產線，在2010年11月份出窯熟料fCaO含量達1.91%～5.60%，持續偏高，高游離鈣造成熟料安定性不合格，而熟料KH為0.857～0.894，并不高。11月熟料熒光全分析見表1。

2 游離氧化鈣持續偏高的原因

一般情況下，KH值低fCaO也低是符合配料計算的，但KH低fCaO高的反常現象往往是由于C3S分解產生的二次fCaO造成的，而C3S分解主要是還原氣氛和冷卻速度所致。

2.1 還原氣氛導致二次fCaO增高

水泥熟料正常生產中都是在氧化氣氛下進行的，但是當煤粉燃燒不充分時常會產生還原氣氛。該公司11月份入窯煤粉質量較差，煤粉灰分達42%以上，熱值僅18601kJ/kg左右，該月入窯煤粉工業分析見表2。

由于入窯煤粉質量差，燃燒性能差，在窯內燃燒不充分，部分煤粉被拉至窯尾仍燃燒不完全，以致窯內還原氣氛嚴重，熟料中的Fe3+被還原成Fe2+，由于熟料在還原氣氛下燒成，Fe2+取代了部分Ca2+進入C3S晶格中，當熟料出窯后在空氣中冷卻時，Fe2+又重新被氧化成Fe3+，Fe3+不能取代C3S晶格中Ca2+，在氧化過程中從堿性組分轉變為酸性組分，奪取C3S中的Ca2+化合形成CF，這些離子的遷移導致C3S結構不穩定而分解出C2S和二次fCaO。由此可以看出，水泥熟

料在燒成過程中煅燒氣氛對熟料的化學、礦物組成影響顯著，在還原氣氛下，熟料中的Fe3+被還原成Fe2+，引起熟料中的礦物組成發生變化，導致熟料中C3S、C4AF的形成量降低，C2S、C3A、二次fCaO含量增加。2.2 熟料冷卻速度對二次fCaO的影響

C3S是不一致熔化合物（不穩定的化合物，沒有自己的熔點，加熱這種化合物到某一溫度便分解成一種液相和一種晶相，二者組成與化合物組成皆不相同），它僅存在于2150℃～1250℃之間。在2150℃，C3S分解為CaO和液相，在1250℃時，C3S分解為α-C2S和二次fCaO，但這時的分解只在靠近1250℃溫度范圍內才以較快的速度進行，在較低溫度時C3S的分解幾乎可以忽略不計，所以在常溫下C3S能以介穩狀態長時間存在。為此在生產實際中常采取急冷措施，即將燒成的水泥熟料急冷，使之更快地通過1250℃的溫度范圍，這樣C3S來不及分解而以介穩狀態保存下來。該公司在11月份由于窯頭廢氣風機損壞，為減少環境污染篦冷機內鼓風量減少，加上窯內通風差，還原氣氛重，窯冷卻帶及篦冷機內冷卻效果差，導致熟料冷卻緩慢，以致C2S分解為α-C2S和二次fCaO。

3 針對二次fCaO持續偏高采取的措施

鑒于fCaO持續偏高，該公司深刻分析了產生的原因，決定從煤粉質量、配料方案、設備維護、精細操作等方面著手進行整改。

3.1 控制入窯煤粉質量

欲控制入窯煤粉質量首先應從源頭抓起，加強進廠原煤質量管理，對于進廠原煤應盡可能地用兩到三個礦點的煤，避免過多的劣質礦點煤進廠，以確保進廠原煤的質量和數量，同時應分礦點堆放，搭配入預均化堆場，加強均化效果。對于庫房現存的大量劣質原煤不能單獨使用，而要立即進購一批優質原煤，并及時檢驗堆場內各點煤的質量，根據具體情況確定如何布料和取料，從而更好地搭配使用。高灰分低熱值的煤粉燃燒特性差，火焰燃燒速度慢，火焰偏長，黑火頭長，火焰溫度低，煤灰沉降多，熟料結粒偏大，易長長厚窯皮和出現黃心料，所以應控制較低的出磨水分和煤粉細度來改善煤粉的燃燒性能，提高燃燒速度和火焰溫度，避免長厚窯皮和還原氣氛出現。為此確定入窯煤粉水分由≤1.5%調整至≤1.0%，將煤粉細度控制指標由0.08mm篩篩余≤5.0%調整至≤2.0%。為達到這一目標，將煤磨（?2.4m×4.75m）研磨體的級配方案進行了調整，在原有兩種規格（?50mm、?40mm）鋼球的基礎上增加了?30mm鋼球的含量，從而確保了煤粉細度指標的實現。煤磨研磨體級配方案見表3。

表1 11月高fCaO熟料熒光全分析（%）及率值

表2 11月入窯煤粉工業分析

同時為加強煤炭的全過程管理，從管理層面有效降低熟料熱耗，該廠根據入窯煤粉空氣干燥基低位發熱量和相關水分推算得出進廠原煤收到基低位發熱量，再根據檢測得出的進廠原煤收到基低位發熱量，計算其差異率。受煤粉制備過程中熱風帶入粉塵的影響，入窯煤粉發熱量與進廠原煤發熱量相比發生了變化，經試驗，其變化程度與帶入粉塵的含量相當，在基于煤粉較原煤增加3%灰分的前提下，再考慮試驗誤差，其差異率應為-5%～-1%之間。該廠每月對進廠煤炭和入窯煤粉的發熱量進行差異性分析，若差異率在-5%～-1%時（基于煤粉較原煤增加3%的灰分），視為正常，若超出此范圍，將對相關人員進行處罰，從而加強了進廠原煤的管理。

原煤收到基低位發熱量按式（1）推算：

表3 煤磨（?2.4m×4.75m）研磨體級配，t

表4 12月入窯煤粉工業分析

表5 12月熟料熒光全分析（%）及率值

表6 優化配料方案前后熟料率值變化情況

式中：

Qnet,ar——推算得出的原煤收到基低位發熱量，kJ/kg

Qnet,ad——入窯煤粉空氣干燥基低位發熱量，kJ/kg

Mar——原煤收到基水分，%

Mad——入窯煤粉空氣干燥基水分，%

檢測得出的進廠原煤收到基低位發熱量與推算得出的原煤收到基低位發熱量的差異率按式（2）進行計算：

差異率＝（推算得出的原煤收到基低位發熱量-檢測得出的進廠原煤收到基低位發熱量）÷檢測得出的進廠原煤收到基低位發熱量×100% （2）

通過加強入窯煤粉質量控制，入窯煤粉質量有了明顯的變化，趨于穩定，該廠2010年12月入窯煤粉工業分析見表4。

3.2 采用低鐵配料，減少黃心料

由于煤粉質量差，燃燒特性差，易產生還原氣氛，熟料中的Fe3+被還原成Fe2+，當熟料出窯后在空氣中冷卻時，Fe2+又重新被氧化成Fe3+，奪取C3S中的Ca2+化合形成CF，導致C3S結構不穩定而分解出a/-C2S和二次fCaO。因此采用低鐵的配料方案，將熟料中的Fe2O3控制在2.7±0.1，從而減少大量的Fe3+被還原成Fe2+的幾率，為減少熟料中黃心料的比例和二次fCaO的含量創造了條件。該廠12月熟料熒光全分析見表5，優化配料方案前后熟料三率值變化情況見表6。

3.3 加強設備的維護保養

該公司對設備巡檢實行精細化管理，建立了工藝、機、電合并的三級巡檢制度，機電合并巡檢能夠有效地提高勞動生產率，故障發現處理快，技術互相滲透，與三級（巡檢人員、專業技術人員、主管）巡檢相結合，能夠有效保證一級巡檢質量，考核各級管理職責，從而提高管理效率。通過加強設備維護保養工作，把一些可能出現的設備事故消滅在萌芽狀態，確保了風機等主機設備運行正常，為加強熟料正常煅燒和急冷等創造了條件。

3.4 精細操作穩定窯內熱工制度

針對這種高灰分低熱值的煤，應控制窯內過?？諝馍舷?，系統總風量略偏大為宜，在溫度的控制上，關鍵在于窯頭窯尾兩把火的完全燃燒，窯尾必須保證入窯物料分解率在92%～94%之間，波動不能太大，太高易使物料發粘，造成預熱器堵塞，太低則增加窯的負荷。通過控制篦冷機上的料層厚度，來獲得較高的二次風溫（1000～1100℃）、三次風溫（800℃～900℃），有利于煤粉的快速燃燒，減少還原氣氛的產生，提高窯頭溫度，保證窯的發熱和傳熱能力，為C3S的形成和熟料煅燒提供保障。

優化和調整燃燒器的參數，首先調整燃燒器的象限位置，該公司的窯為?3.4m×52m，燃燒器的位置由原來的（0，0）調整到第四象限（30，-30），主要是考慮到劣質煤的燃燒能力弱，故稍壓低燃燒器頭部和偏料方向加強熟料煅燒。鑒于劣質煤易產生不完全燃燒和形成還原氣氛，為了給頭煤燃燒提供更多的氧來促進燃盡率，將燃燒器由原來的零位（燃燒器頭部和窯口平齊）拔出至零位靠外-200mm。燃燒器的內外風比例由原來的外風全開、內風50%調整為內風全開、外風只開50%，以縮短火焰提高煅燒溫度。一次風壓由原來的15kPa提高到18kPa，充分提供窯頭煤燃燒所需的足夠的O2。通過以上對燃燒器的調整，劣質煤的燃燒有了很大改觀。

采用“薄料快轉”的煅燒操作方法，為避免大量未燃盡的煤粉跑到窯尾及預熱器五級筒內燃燒，煅燒操作時應全開燃燒器內流風，并控制窯尾煙氣中O2含量為1.5%～2.0%，同時燃燒器盡量偏料位（即在第四象限內），讓煤灰均勻摻入到熟料中，使火焰形狀更集中，提高燒成帶溫度，在正常投料時窯速由3.6r/min提高到3.9r/min，做到“薄料快燒”。

通過采取以上措施后，該廠在2010年12月份熟料質量得到了徹底改觀，熟料KH穩定在0.92±0.02，fCaO含量在0.5%-1.5%的范圍內，合格率達85%以上，fCaO含量＞1.5%，且最大值＜2.0%與＜0.5%的共占15%以下，熟料安定性合格率達100%。熟料結粒均勻，色澤黑亮，黃心料極少。

4 結語

由于劣質煤燃燒特性差，窯內還原氣氛嚴重，窯頭廢氣風機損壞，熟料冷卻效果差，造成了C3S的分解，生成了大量的二次fCaO，使得熟料以致水泥安定性不合格而無法出廠，通過采取控制入窯煤粉質量、優化配料方案、加強設備維護保養、精細操作穩定窯內熱工制度等措施，熟料質量得到了徹底改觀，熟料中fCaO含量合格率達85%以上，且最大值低于2.0%，結束了熟料安定性不合格的狀況。

TQ172.14

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通訊地址：1萬源市大巴山水泥公司，四川萬源 636350；2宜賓市天原特種水泥公司，四川宜賓 644004；

2011-03-31；

趙 蓮